夹层换热水箱内流动及换热的数值模拟研究
发布时间：2021-08-02 21:13
太阳能承压系统成为中高层建筑、别墅等主流趋势,储热水箱无疑是其核心部件之一,发挥着“换热”、“储热”等核心作用。目前,承压储热水箱主要换热技术之一是夹套换热,即夹套换热水箱,其被广泛应用于太阳能阳台壁挂自然循环系统。因为夹套储热水箱具有:结构简单、循环阻力小、循环效率高、换热面积大、换热效率高等特点,且它不仅适合于北方恶劣的寒冷气候环境,也适合于南方高温强日照环境,所以良好的夹套储热水箱设计既能降低集热器进口温度、提高换热器效率和集热器效率,又能增加可被利用的热水量。所以本文选用了市场上常见的额定容量为100L夹层换热水箱作为模型,通过理论分析、试验、数值模拟方法相结合对夹层水箱进行研究,具体研究内容如下:首先,对夹层换热水箱间接循环系统的工作原理和换热器的传热过程进行了分析。夹层水箱换热器的传热过程包括了:夹层域中的流体与换热面外侧的对流换热、换热面外侧与内侧的热传导、换热面内侧与水箱内水的对流换热三个部分。并定义了水箱的换热效率。其次,对夹层水箱进行试验,分析了不同入口流速、温度和夹层工质填充量对夹层换热水箱里温度分布情况以及换热效率的影响,还对用水过程中夹层水箱进出口温度进行测试...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 研究现状
1.3 本文工作
1.3.1 研究对象和内容
1.3.2 研究方法
1.3.3 创新点
第2章 垂直夹套换热器储热水箱
2.1 垂直夹套换热器水箱间接循环太阳能热水器的工作原理
2.1.1 循环工质的选择
2.2 换热器的传热过程分析
2.2.1 垂直换热器圆筒壁的导热过程分析
2.2.2 夹层换热器的对数平均温差
2.2.3 垂直夹层水箱换热器的换热关联式
2.3 换热器的传热效率
2.3.1 传热效率的定义
2.3.2 换热器的传热效率
第3章 研究方法及手段
3.1 实验研究方法
3.2 数值模拟研究方法
3.2.1 软件介绍
3.2.2 求解控制方程
3.2.3 求解模型
3.3 FLUNET参数设置
3.3.1 求解器及模型设置
3.3.2 材料物性及流体设置
3.3.3 边界条件设置
3.3.4 离散项设置
3.3.5 残差以及松弛因子设置
3.3.6 迭代及初始化设置
第4章 试验测试及结果分析
4.1 试验测试装置和仪器
4.2 取热水测试试验结果分析
4.2.1 放水曲线
4.2.2 夹层水箱的热水输出效率
4.3 试验结果分析
4.3.1 夹层换热水箱不同循环流速比较分析
4.3.2 工质不同填充量的换热比较
4.3.3 不同循环入口温度的夹层水箱换热比较
第5章 数值计算结果分析
5.1 网格和时间步长独立性验证
5.1.1 网格独立性验证
5.1.2 时间步长独立性验证
5.2 不同流速对夹层换热水箱换热的影响
5.2.1 低流速对夹层换热水箱换热影响
5.2.2 中流速对夹层换热水箱的影响
5.2.3 高流速对夹层换热水箱换热的影响
5.2.4 三流速对夹层水箱换热影响对比分析
5.3 水箱夹层厚度对水箱换热影响
5.3.1 不同夹层厚度对水箱内温度分布的影响
5.3.2 三种不同夹层厚度对夹层水箱内温度变化影响的对比分析
5.4 工质填充量对夹层水箱换热的影响
5.4.1 不同工质填充量对夹层水箱内温度变化的影响
5.4.2 三种不同填充量对夹层水箱换热影响对比分析
5.5 工质循环入口温度对水箱换热影响
5.5.1 不同入口温度对夹层水箱内温度分层的影响
5.5.2 三种不同入口温度对水箱换热影响对比分析
5.6 循环管同异侧对水箱温度分层的影响
5.6.1 循环管同异侧对水箱温度变化对比分析
5.7 夹层位置对水箱换热的影响
5.7.1 不同夹层位置对夹层水箱温度分层的影响
5.7.2 夹层位置对水箱换热影响对比分析
5.8 上循环口高度对夹层换热影响
5.8.1 最大填充量对夹层水箱内温度分布的影响
5.8.2 工质上循环口位置对水箱内温度变化影响
5.8.3 上循环口高度对水箱换热影响对比分析
第6章 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 对未来工作的展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
致谢
本文编号：3318285
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 研究现状
1.3 本文工作
1.3.1 研究对象和内容
1.3.2 研究方法
1.3.3 创新点
第2章 垂直夹套换热器储热水箱
2.1 垂直夹套换热器水箱间接循环太阳能热水器的工作原理
2.1.1 循环工质的选择
2.2 换热器的传热过程分析
2.2.1 垂直换热器圆筒壁的导热过程分析
2.2.2 夹层换热器的对数平均温差
2.2.3 垂直夹层水箱换热器的换热关联式
2.3 换热器的传热效率
2.3.1 传热效率的定义
2.3.2 换热器的传热效率
第3章 研究方法及手段
3.1 实验研究方法
3.2 数值模拟研究方法
3.2.1 软件介绍
3.2.2 求解控制方程
3.2.3 求解模型
3.3 FLUNET参数设置
3.3.1 求解器及模型设置
3.3.2 材料物性及流体设置
3.3.3 边界条件设置
3.3.4 离散项设置
3.3.5 残差以及松弛因子设置
3.3.6 迭代及初始化设置
第4章 试验测试及结果分析
4.1 试验测试装置和仪器
4.2 取热水测试试验结果分析
4.2.1 放水曲线
4.2.2 夹层水箱的热水输出效率
4.3 试验结果分析
4.3.1 夹层换热水箱不同循环流速比较分析
4.3.2 工质不同填充量的换热比较
4.3.3 不同循环入口温度的夹层水箱换热比较
第5章 数值计算结果分析
5.1 网格和时间步长独立性验证
5.1.1 网格独立性验证
5.1.2 时间步长独立性验证
5.2 不同流速对夹层换热水箱换热的影响
5.2.1 低流速对夹层换热水箱换热影响
5.2.2 中流速对夹层换热水箱的影响
5.2.3 高流速对夹层换热水箱换热的影响
5.2.4 三流速对夹层水箱换热影响对比分析
5.3 水箱夹层厚度对水箱换热影响
5.3.1 不同夹层厚度对水箱内温度分布的影响
5.3.2 三种不同夹层厚度对夹层水箱内温度变化影响的对比分析
5.4 工质填充量对夹层水箱换热的影响
5.4.1 不同工质填充量对夹层水箱内温度变化的影响
5.4.2 三种不同填充量对夹层水箱换热影响对比分析
5.5 工质循环入口温度对水箱换热影响
5.5.1 不同入口温度对夹层水箱内温度分层的影响
5.5.2 三种不同入口温度对水箱换热影响对比分析
5.6 循环管同异侧对水箱温度分层的影响
5.6.1 循环管同异侧对水箱温度变化对比分析
5.7 夹层位置对水箱换热的影响
5.7.1 不同夹层位置对夹层水箱温度分层的影响
5.7.2 夹层位置对水箱换热影响对比分析
5.8 上循环口高度对夹层换热影响
5.8.1 最大填充量对夹层水箱内温度分布的影响
5.8.2 工质上循环口位置对水箱内温度变化影响
5.8.3 上循环口高度对水箱换热影响对比分析
第6章 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 对未来工作的展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文和研究成果
致谢
本文编号：3318285
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